管道工程阴极保护系统技术服务手册.doc
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1、管道工程阴极保护系统技术服务手册2015年08月目录第一章 前言3第二章 阴极保护的简介4第三章 阴极保护相关技术规范与标准7第四章 阴极保护类型的选择及其经济性的分析8第五章 区域性阴极保护系统运行与数据记录20第六章 区域阴极保护系统的维护26第七章 区域阴极保护系统运行维护安全注意事项31附录32第一章 前言对管道而言,腐蚀是影响油气站场管道安全的主要因素之一,其严重后果是造成站场内的管道穿孔泄漏.为了使管道免于腐蚀威胁,目前国内普遍采用的大多为防腐涂层的方法.防腐层的防腐机理是通过隔绝管道金属体与外部的土壤腐蚀环境来实现的,土壤中的水分、氧气和无机盐等物质由于防腐层的阻隔作用而不能到达
2、管体表面,从而抑制了腐蚀的发生。但是由于防腐层在涂覆和管道安装过程中往往不可避免的会存在一些诸如局部破损等缺陷,如果没有其他的补充有效腐蚀防护手段,在这些涂层缺陷处就会发生腐蚀。因此,对管道而言,单纯的防腐涂层并非完善的腐蚀防护技术体系,在这种情况下,阴极保护保护作为一种有效的电化学腐蚀防护手段,可以有效的对防腐涂层破损处进行腐蚀防护。阴极保护是利用金属的极化原理,通过施加一定的直流电流到金属保护对象,实现对电解质(如站场的土壤)中金属构筑物(如管道)电化学腐蚀防护的方法.阴极保护系统包括电源设备、被保护结构物、测试系统和阳极床系统四大部分,需要有效的运行维护才能保证其发挥腐蚀防护的功能。本手
3、册编制的目的即在于为管道阴极保护运行维护管理人员提供有效的学习培训、运行维护作业指导,保证管道阴极保护系统的高效稳定运行。第二章 阴极保护的简介现在,人们已经普通认识到了管道外防腐绝缘层与阴极保护的联合使用是最经济、最合理的防腐措施,这是因为防腐层在生产、运输与施工中无法保护不受到任何损坏,因此不可能完全将管道与腐蚀环境及介质完全隔离。而且用于防腐层的各种材料都有不同程度的吸水和透气性,因此埋地后,在土壤中电解质溶液的作用下会逐步吸水老化。要维持有效的防腐,就必须同时采取阴极保护进行联合保护。阴极保护的使用已经产生了巨大的经济效益,通常采用阴极保护的管道寿命可以延长一倍以上,而阴极保护的投资不
4、及总投资的3%,此其经济效益与社会效益是显而易见的。国标GB 503932008钢质石油管道防腐蚀工程技术规范对管道提出了必须采用阴极保护的要求。下面介绍阴极保护的原理及其方法。2。1阴极保护的原理及类型对于管道而言,阴极保护是目前最有效减小腐蚀的手段之一。阴极保护的原理是给金属补充大量的电子,使被保护金属整体处于电子过剩的状态,使金属表面各点达到同一负电位,因而金属原子不容易失去电子而变成离子溶入溶液。有两种办法可以实现这一目的,即牺牲阳极阴极保护和外加电流阴极保护。2.1。1牺牲阳极阴极保护牺牲阳极阴极保护是将电位更负的金属与被保护金属连接,并处于同一电解质中,使该金属上的电子转移到被保护
5、金属上去,使整个被保护金属处于一个较负的、相同的电位。该方式简便易行,不需要外加电源,很少产生腐蚀干扰,埋设后很少需要专业人员来维护,广泛应用于保护小型(电流一般小于1安培)或处于低土壤电阻率环境下(土壤电阻率小于100欧姆米)的金属结构,如城市管网、小型管道等。根据国内有关资料的报道,对于牺牲阳极的使用有很多失败的教训,如牺牲阳极的使用寿命一般不会超过3年,最多5年。牺牲阳极阴极保护失败的主要原因是阳极表面生成一层不导电的硬壳(氧化产物与周围介质的混合物),限制了阳极的电流输出,甚至造成阳极窒息。设计牺牲阳极阴极保护系统时,除了严格控制阳极成份外,一定要选择土壤电阻率低的阳极床位置.2。1.
6、2外加电流阴极保护外加电流阴极保护是通过外加直流电源以及辅助阳极,迫使电流从阳极流向被保护金属,使被保护金属结构电位低于周围环境.该方式主要用于保护大型或处于高土壤电阻率土壤中的金属结构,如:长输埋地管道,大型罐群等.但是外加强制电流阴极保护的需要建设阴极保护站,阴极保护站的恒电位仪等电器设备一般需要专业人员的定期维护。2。2牺牲阳极与强制电流阴极保护的区别对于具体的保护对象,是采用牺牲阳极阴极保护还是采用强制电流阴极保护,应具体情况具体分析。以杂散电流干扰不大、土壤电阻率较低、保护电流较低的条件为例,管道采用牺牲阳极阴极保护的方法是既经济又合理的。2.3国内外阴极保护使用的现状阴极保护技术在
7、国外己有一百多年历史,四十年代开始应用于石油、化工设备的防腐之后又发展用在地下油、气、水的输送管道防腐方面。阴极保护不仅可以防止一般腐蚀,还可以防止金属的小孔腐蚀、晶间腐蚀、腐蚀裂开、冲击腐蚀和黄铜脱锌等。我国在六十年代初开始研究阴极保护方法,六十年代末期在主要在船舶,闸门等钢铁构筑物上得到应用。我国埋地油气管道的阴极保护始于1958年,六十年代在新疆、大庆、四川等油气管道上推广应用,目前全国主要油气管道已全部安装了阴极保护系统并且收到明显的效果.由于这项技术可以为国家节约大量资金和节省日益匮乏的金属能源,延长钢质管道和管道的使用寿命,因此我国在钢质管道的保护上,也普遍采用了阴极保护技术.但目
8、前我国的阴极保护在施工方面和管理方面都还不是很规范,我们对阴极保护管理的水平与国外的阴极保护管理水平还有相当大的差距,例如,在德国PLE工程公司阴极保护部只有不到一百人却担负则德国近万公里的760座阴极保护站,4.5万个绝缘接头,1万多个测试点.而我国的阴极保护管理工作主要是管道或管道所有权的公司进行,所以缺乏统一的管理标准。阴极保护的管理工作应该从头抓起,注重每个环节的工作,这样才能提高阴极保护的管理水平.首先就要了解有关阴极保护的相关的技术规范和标准。第三章 阴极保护相关技术规范与标准只有了解阴极保护的相关的技术规范与标准,才能从根本上抓住阴极保护的管理中的要点,否则无从谈起提高阴极保护的
9、管理水平。现在有关这方面的标准很多,下面就列出以下国内外的主要标准。3.1国外有关阴极保护的标准1。DIN EN 136362004 Cathodic protection of buried metallic tanks and related piping2。ISO 155891-2003 Petroleum and natural gas in dustries-Cathodic protection of pipeline transportation systems-Part1: Onland pipelines3。DIN EN 135092003 Cathodic protecti
10、on measurement techniques4。BS EN 13509-2003 Cathodic protection measurement techniques5.ASTM B843-1993(2003) Standard Specification for Magnesium Alloy Anodes for Cathodic Protection6。NACE TM 0497-2002 Measurement Techniques Related to Criteria for Underground or Submerged Metallic Piping Systems It
11、em 3。2国内有关阴极保护的标准1、GB 503932008钢质石油管道防腐蚀工程技术规范2、SY/T 0087.3-2010 钢制管道及管道腐蚀评价标准 钢质管道直接评价3、SY/T 0088-2006 钢质管道罐底外壁阴极保护技术标准4、SY/T 0047-1999 原油处理容器内部阴极保护系统技术规范5、Q-SH 00862007 钢制管道罐底外壁阴极保护网状阳极系统技术要求8第四章 阴极保护类型的选择及其经济性的分析阴极保护与涂层的联合保护可取得巨大的经济效益与社会效益,日益被人们所公认并逐渐被人们所接受,并在管道、贮罐的建设中做到了与主体工程同时勘察、设计、施工和投产.实施任何一个
12、工程时都要考察其经济性,阴极保护工程也不例外,下面就介绍一下影响阴极保护工程经济性的因素。4。1影响强制电流阴极保护的经济性的因素按我国石油行业标准SYJ 36-89埋地钢质管道强制电流阴极保护设计规范对辅助阳极接地电阻没有明确规定,只是提出应与所用的仪器设备相匹配。接地电阻是阴极保护电能消耗的主要部位,约占6080,有人曾做过电能消耗的分配实验见表2。阳极电能的消耗主要是用在克服接地电阻上,接地电阻越小,则消耗越小。从这点出发,为了达到这一目的,阳极装置必然过于庞大,或要做必要的处理,则经济上是不可取的。究竟取多大为宜,苏联规定该值应小于0.5,事实证明,当阳极埋设处的土壤电阻率小于10时,
13、一般阳极结构可以达到这一标准。如电阻率高,则阳极结构要十分庞大,甚至无法达到这一标准。现在多使用难溶高硅铸铁阳极,要求阳极工作电流密度应控制在580/2范围内,接地电阻可以不受此限制.目前我国生产的阴极保护专用仪器,恒电位仪的规格有限,选用时要注意与阴极保护系统的电阻相匹配。从表2可知,三部分中以阳极接地电阻占主要部分,又是可变部分,如何使它们之间相匹配,主要是看经济的合理性。4。2影响牺牲阳极阴极保护的经济性的因素目前牺牲阳极多以成组布置,一组45支或更多不等,阳极间距23,从现场测试结果表明,4支一组阳极发出的电流之和远小于单支发生电流的4倍,其原因也是由于阳极电场的相互影响,多支汇流一点
14、与管道相连必然造成电场的屏蔽,影响阳极电流的输出。因此,建议采用单支分散布置会消除电场影响,使电位分布非常均匀,这对涂层略差的管道更显示出其优越性,这样设计牺牲阳极块的位置也是最经济的。4.3保护电流需要量的确定使被保护金属停止腐蚀所需要电流密度值,一般的确定方法是用被保护物体表面的几何面积与总电流相除求得.最小保护电流密度值主要根据被保护金属的类别、腐蚀介质成分,相对运动速度、温度、表面涂层或阴极沉积膜性质、完整性的接触电阻来决定,由于上述条件不同,最小保护电流密度数值变化幅度很大,从最小几/2到最大几百/2。在上面列举的诸因素中,影响地下管道和管道最小保护电流密度大小的主要因素是管道防腐涂
15、层的性质、结构和完整性、及防腐层的电阻值.从实际工程观测得知:裸钢管所需的最小保护电流密度经验值为550/2,埋入混凝土内钢筋最小保护电流密度经验值2A/2。阴极保护电流密度的选取是设计成败的关键。只有了解不同防腐层所需要的保护电流密度值,才能做到少花钱做好事。第五章 区域性阴极保护系统运行与数据记录一、 概述阴极保护系统是保护埋地金属设施免于土壤电化学腐蚀的有效手段,其由阴极保护电源、阳极床系统、保护对象及电位测试系统共同组成.这些系统运行的正确操作是保证阴极保护系统正常运行的基本保证。而阳极床系统、保护管道等对象及测试系统在施工完毕后主要的工作为监测,因此,运行操作实际主要涉及的是阴极保护
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